(一)幅值调制与解调
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汽车及工程机械类其转速传感器的结构如图所示，励磁线圈W1和输 出线圈W2绕在铁芯1上，十字轮2与被测轴相连，其转速n(r/min)即为 被测轴转速。十字轮由铁磁材料制成。 (1)请说明该传感器在励磁线圈施加直流电压时的工作原理。 (2)给出输出信号e0的频率f与被测轴转速n 的关系。 (3)当励磁线圈施加电压ei分别是直流和交 流时，其输出信号e0的波形有何区别?为什么 ? 解：(1)这是—种电磁感应式转速传感器。当W1中通入直流电流 后，铁芯中产生方向 固定的磁通Φ；十字轮位置影响Φ的大小。 在图示位置磁阻最小，十字轮转450时磁阻最大，因此Φ就会发生变 化，W2中感应电动势也会发生变化。被测轴每转一周，输出信号e0 会周期性变化四次，有四个峰值。 n4 f ( Hz ) 或者 n 15 f (2)输出电动势的频率f与被测轴转速的关系式为； 60 (3)W1通入交流电压时，e0变为调幅波，当十字轮如图所示位置时输 出为波峰，当十字轮转450时输出为波谷；而W1通入直流电压时，e0近 似为正弦波。
(二)差动电路
Z 0 Z Z2 Z Z Z U0 U U U U Ui U i U Uiii 0 00 Z1 Z 2 2 2Z Z0 2 Z 0 0 0
(三)非差动桥式电路
Z R 1 U0 Ui 22 arctan arctan 4Z 0 2 Z CR L
(一)减小噪声的方法
• 放大电路中常见的噪声有热噪声、散粒噪声 和低频噪声等，对于这些噪声必须采取措施 加以抑制，以免有用信号被淹没在噪声中。
常用的抑ห้องสมุดไป่ตู้放大器噪声的措施有：①压缩放大器
带宽，滤除通带以外的各种噪声信号。②减小信 号源电阻，并尽量使其与放大器的等效噪声电阻 相等，以实现噪声阻抗匹配。③选用低噪声放大 器件，以减少噪声的产生。④减小接线电缆电容 的影响及各种干扰因素的影响。
(四)调频电路与脉冲调宽电路
LC f0 B kRC 其中 k 是与 U / U 有关的常数 R i f C 即f f 0 f 2C0
f
1 2
f f 1 f df dL dC ( ) L C 2 C
三、信号放大电路
• • • • • (一)减小噪声和提高稳定性的方法 (二)高输入阻抗放大器 (三)高共模抑制比放大器 (四)参量放大器 (五)线性化放大器
• 检测系统设计的主要任务是：根据使用要求合理
选用传感器，并设计或选用相应的信号检测与处 理电路以构成检测系统，对检测系统进行分析与 调试，使之实现预期的计测功能。 • 检测系统设计的主要方法是实验分析法，即理论
分析和计算与实验测试相结合的方法。由于检测传
感器物化性能的复现性和复制性，不能保证实际设计出的系 统的性能与理论分析和计算结果的一致，且检测系统易受到 多种干扰，它很难通过理论分析和计算而预先确定，必须通 过实验测试为理论分析提供依据，并对所设计的检测系统进 行修正，以满足其性能指标要求。
一、模拟信号检测系统的组成
二、基本转换电路
• • • • • (一)分压电路 (二)差动电路 (三)非差动桥式电路 (四)调频电路 (五)脉冲调宽电路
(一)分压电路
j M Z r j L 2 R 0 U Ui U U U 0 U 0U U i i i 1 20 0 R (1 LC )L RZ j L r ( 1 j RC ) Z j R j R x 0 1 C
(一) 提高稳定性的方法
• 放大器的稳定性是指其在环境、输入 信号或电路中某些参数发生变化时能够 稳定工作的能力。提高放大器稳定性的措施有：
①采用具有高稳定度的无源元件或引入直流负 反馈来稳定静态工作点。②采用集成运算放大 器及深度负反馈来稳定放大倍数。③采用电容 和电阻进行相位补偿，以消除由寄生电容或其 它寄生耦合所引起的自激振荡。④妥善接地与 屏蔽，以减小寄生电容、寄生耦合等因素的影 响。⑤采取散热与均热措施，以保证温度稳定， 减小热漂移。
(二)高输入阻抗放大器
2 ) U R R f u u U R 2 fi 1 UU ( 1 )( U U ) ( 1 ) U 0 2 1 i R 0 u0 u U R 2 R R 整理： U (1 )U 4 1 1 U ( )U 2U
由于运算放大器输入内 阻很大，I1 I f 0 R
检测系统设计的步骤
• • • • • •
(1)设计任务分析 (2)系统方案选择 (3)系统构成框图设计 (4)环节设计与制造 (5)总装调试及实验分析 (6)系统运行及考核
第二节 模拟式传感器信号的检测
• • • • • • 一、模拟信号检测系统的组成 二、基本转换电路 三、信号放大电路 四、信号调制与解调电路 五、滤波器 六、运算电路
第四章 检测系统设计
• 第一节 概 述
• 第二节 模拟式传感器信号的检测 • 第三节 数字式传感器信号的检测
第一节 概 述
• 一、检测系统的功用及组成 • 二、机电一体化对检测系统的基本 要求 • 三、检测系统设计的任务、方法和 步骤
一、检测系统的功用及组成
• 检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成 部分，用于实现计测功能。 • 机电一体化产品中，传感器用于检测外界环境 及自身状态的各种物理量及其变化，并将这些 信号转换成电信号，然后再通过相应的预处理 (变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路)将有 用的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显 示。 • 传感器及相应的信号检测与处理电路是机电一 体化产品中的检测系统。 • 传感器及其检测系统不仅是机电一体化产品必 不可少的组成部分，而且已成为机与电有机结 合的一个重要纽带。
二、机电一体化对检测系统的基本要求
• 机电一体化对检测系统在性能方面的基本要求：
1.精度、灵敏度和分辨率高，线性、稳定 性和重复性好； 2.抗干扰能力强，静、动态特性好。 3.要求检测系统体积小、质量轻、价格 便宜、便于安装与维修、耐环境性能好 等，并满足机电一体化设计的需要。
三、检测系统设计的任务、方法和步骤
U 0 (
i
0
f
R1 01
Rf
R2
0
0
i
R1
i
(三)高共模抑制比放大器
(四)参量放大器
(五)线性化放大器
(五)线性化放大器与放大器增益切换
放大器增益切换
四、信号调制与解调电路
• 信号调制的方法有幅值调制、 相位调制、频率调制和脉宽调制等。 • (一)幅值调制与解调 • (二)相位调制与解调 • (三)频率调制与解调